CN101326010A

CN101326010A - 汰选固体颗粒态物质的方法及设备

Info

Publication number: CN101326010A
Application number: CNA2006800358994A
Authority: CN
Inventors: 珀·哈特
Original assignee: GENIMIN
Current assignee: GENIMIN
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: CA2623875A1; AU2006297017A1; US8317033B2; CN101326010B; EP1931476A1; ATE537904T1; US20090014365A1; EA014356B1; EP1767273A1; EA200800934A1; EP1931476B1; ZA200803661B; WO2007036006A1; AU2006297017B2

Abstract

本发明涉及汰选包含至少两种质量密度不同的颗粒物质的方法和装置，该方法包括：使所述颗粒材料的浆液(15)在离心室(11)中进行离心，将流体(16)相切地注入浆液中以在其中产生向心脉冲，将高密度级分(20)和低密度级分(17)从离心室分离出来。

Description

汰选固体颗粒态物质的方法及设备

技术领域

本发明涉及固体颗粒态物质的汰选，这些物质包含数种不同密度的有机和/或无机组分。更具体地说，本发明涉及根据离心室内筛选原理对此类特细颗粒进行密度汰选的改良方法以及实现该改良方法的设备。

背景技术

筛选是用于汰选含有不同密度物质的固体材料的公知技术[例如，成分已剥离的矿石(通常用于冲积矿床及残积矿床或是磨碎后)，净化被铅弹污染的土壤，或是不同材料的其他任意混合物]。

筛选涉及数种物理原理来让颗粒根据其密度分离，同时防止这些颗粒自由下落时因粗糙的轻颗粒与精细的重颗粒具有相同的沉降速度而发生平衡现象。

所涉及物理原理如下：

●短暂加速时颗粒的位移仅取决于颗粒的密度；

●自由沉降速度促进粗糙颗粒的沉降；

●延迟沉降(沉降时颗粒互相阻碍并互相碰撞)促进最细颗粒的沉降。这一现象特别容易在沉降结束时发生。其趋向于补偿后者，有利于粗糙颗粒。

筛选技术可分为两大类：基于引力作用的筛选技术和离心筛选技术。利用引力作用的技术通常使用两种分离驱动力，一种采用上述第一条物理原则，另一种采用另两条物理原则。但是，在筛选过程中，随着颗粒尺寸下降，比表面积增加，表面力(牵引力)比在筛选中与之竞争的容积作用力(重量)更占优势。解决此问题的方法之一是对材料加以离心以提高其容积作用力。由于离心筛选技术常用于固体短暂加速，其极少使用第一分离驱动力，效果通常不能令人满意，而且会削弱筛选的正常功能。文档WO-90/00090中描述了一种离心筛选装置，该装置使用了两种分离驱动力。为此，在该装置中，将要汰选的颗粒物悬浮液置于柱形室中进行离心，柱形室四周壁上有覆盖了滤床的网格，离心时滤床经历脉冲式向心迁移，使该室中的悬浮液受到隔离的向心力。这些隔离的向心力和持续的离心力联合作用于悬浮液，物质颗粒在离心室内产生径向梯度分层，作为其各自密度的作用之一，这种分层基本不受或很少受颗粒大小的影响。密度大的颗粒聚集于悬浮液的边缘区，密度小一些的颗粒聚集于中心区。文档WO-90/00090所述的装置中，在上述室的网格的四周有注水的一系列软壁腔。该室及其网格和腔高速运行从而使悬浮液离心，而腔的软壁根据设定的频率发生迁移以将其所带的水通过网格投向滤床使其经受向心脉冲。在该已知装置中，传递给悬浮液的脉冲由机械作用诱导产生，其不利之处在于脉冲的频率由于机械惯性而受到限制。但是，分离非常细的颗粒时需要非常高的频率才能产生所需的极短暂加速。颗粒越细，加速时间必须越短。这是因为这些颗粒越细，比表面积就越大，牵引力越大。在这样的条件下，牵引作用可以忽略的加速间隔非常短。因此，后续加速的频率越高，牵引力的影响越小。

文档WO-90/00090的已知装置还有另一劣势：复杂、不易于构建。尤其是在密封方面非常困难。另外，在离心网格上需要滤床又产生了另一困难，尤其是使用超细网眼大小的网格进行实际生产时。这样就使得构建成本昂贵，装置也难以运转。

发明内容

本发明的目的是改进上述已知离心装置的缺点。

更具体的说，本发明的目的在于提供一种利用离心筛选技术汰选固体颗粒态材料的改良新方法，所述材料包含数种密度不同的有机及/或无机组分。

本发明的最根本的目的在于提供种一种方法，使之有可能简便、经济、迅速而高效地完成这些材料中越细颗粒的汰选。

本发明的一个目的也是提供一种采用离心筛选技术汰选这种材料的装置，该装置设计简明、实用而经济，而且可靠性好、产率高。

按照惯例，本说明书的以下部分短语“颗粒物质”指颗粒大小及形状各异的固体材料，其包含至少两种有机和/或无机固体组分。例如，颗粒物质可包含矿石，其成分包含数种矿物。

短语“有用物质”指需要在汰选状态下从颗粒物质提取出来的固体或矿物组分，而“废物”指需要与有用物质分离的固体或矿物残留组分。

术语“悬浮液”指上述颗粒物质在水中或其合适液体(有机或无机均可)中形成的水性分散体或悬液。所选液体的密度应低于颗粒物质的密度。

因此本发明涉及汰选含有至少两种不同浓度组分的颗粒物质的方法，该方法中所述颗粒物质的悬浮液在离心室受到离心力和向心脉冲，得到一种密度大的悬浮液级分和一种密度小的悬浮液级分并从离心室分离出来，该方法的特征在于为了产生向心脉冲须将一种流体沿一定方向注入悬浮液中，该方向与离心形成分量切角。

在本发明的方法中，离心的作用是使颗粒物质的颗粒进行离心加速，产生的离心力使颗粒物质中的颗粒按其各自的质量沿径向分开。

可以用任意合适的装置完成离心，例如使用旋转离心机。离心在离心室进行，离心室通常为旋转室。例如，其可以为柱形、圆锥形或锥台形。这不是本发明定义所必需的，将在下文说明。

离心速度可以控制悬浮液的离心加速度从而控制颗粒物质中颗粒所受的离心力。这不是本发明定义所必需的。其他所有条件将会影响方法的产量和颗粒物质高密度级分和低密度级分之间临界点的精确度。最佳离心速度取决于各种不同的参数，包括颗粒物质中各有用物质的密度、废物的密度、颗粒物质的颗粒大小分布以及离心所用室的形状。这些参数在每一种具体情况下都应由本领域内熟练技术人员通过常规实验室试验或研究总站部门的研究确定。

向心脉冲的作用是使离心悬浮液按预定频率受到持续时间短暂、影响相当的隔离向心力。

根据本发明，通过将流体注入离心室的悬浮液获得向心力，该流体注入与离心形成分量切向。

流体通常为气体或液体。相对于悬浮液的组分来说，它应当呈惰性。使用液体时，所用液体通常不能是溶解颗粒物质组分的物质。其可以一种固定的有机液体或水性液体。物别推荐易于与悬浮液混合的液体。优先使用与悬浮液相同的液体，优选使用水。

流体以局部喷射的方式射入悬浮液中，喷射有一个分量与悬浮液的旋转方向和离心室外周壁形成切角。注入可以与离心室外周壁形成严格的切角。优选为倾斜的切角以便形成径向分量。

流体的注入优选以基本恒定的速度和/或基本恒定的流速持续的注入。优选以基本恒定的注入速度连续注入。流体以切角注入悬浮液后在悬浮液中产生了相对于流体注入区的局部向心脉冲。从而悬浮液里颗粒物质中的颗粒受到切向和向心隔离加速，并与持续恒定的离心加速重叠。颗粒物质中各颗粒所受到的向心加速频率取决于离心室内悬浮液的旋转速度。离心加速和隔离向心加速的联合作用使颗粒物质的颗粒在悬浮液内按照其各自的密度产生梯度分层，密度最大的颗粒向悬浮液旋涡的外围迁移，而密度小一些的颗粒则向相反的方向迁移。

悬浮液中颗粒物质的颗粒分层质量及其导致的颗粒物质汰选收率取决于各种不同的参数，包括离心室的形状、悬浮液流速及其导入离心室的速度以及流体注入悬浮液的流速和注入速度。这些参数的最佳值也取决于不同的因素，尤其是取决于所要处理的颗粒物质、有用物质及废物各自的密度、悬浮液中颗粒大小分布和悬浮液浓度，以及悬浮液体和注入流体的密度。这些最佳值在每一种具体情况下都应由本领域内熟练技术人员通过常规实验室试验确定。

本发明的方法会分离出一种密度大的悬浮液级分和一种密度小的悬浮液级分。密度大的悬浮液级分通常分离到离心悬浮液旋涡的外周，常与该旋涡形成切角。

本发明方法的一个具体实施方案中，离心室为圆柱形，悬浮液沿以预定速度导入其中，沿着与离心室外壁相切的方向分离，密度大的级分以与所述壁相切方向分离出来。

术语“相切地”用于说明悬浮液进入离心室时所循的方向和高密度级分离时所循的方向，均含有一个与离心室壁相切的分量。因此这些方向可以严格相切或倾斜的。优选严格相切或几乎相切。

密度大的级分通常从浆液进入离心室的下游分离出来。“上游”和“下游”是相对于离心室内悬浮液旋转方向而定的。

在刚才所述的具体实施例中，悬浮液的轻级分可以从离心室沿轴向分离出来。优选的是使之沿上述离心室外周壁相切方向从密度大的级分下游分离出来。

在刚才所述的具体实施例中，悬浮液导入离心室的切向速度将控制其在离心室内的旋转速度从而控制其离心加速度。

在此具体实施例中，圆柱形离心室可以水平、倾斜或垂直地放置。优选将离心室基本垂直地放置。

在实施本发明的方法过程中，需要将用于在悬浮液内产生向心脉冲的流体排空。可以用任意合适的方法完成排空，通常从轻级分分离的下游排出。

在刚才所述具体实施方案的一个有利实施方案中，用于产生向心脉冲的流体通过上述的离心室外周壁被注入，基本覆盖其整个长度。

在实施上述实施方案的一个变体中，实施另外一种悬浮液额外级分的至少一次分离，此额外的分离在高密度级分下游、低密度级分上游实施。在本发明的该变体中，额外级分的有用物质组成是所述各有用物质即高密度级分和低密度级分之间的中间体。因此本发明的该实施方案变体将颗粒物质分级成有用物质富含程度不同的数种级分。本文的其它部分里，上述额外分离称为“中间分离”，相应的额外级分称为“中间级分”。

在刚才所述的本发明实施变体中，将中间级分循环进入导入离心室的悬浮液中，可以使有用物质的汰选率得到很大的提高。

在本发明的方法及其具体实施例中，依据有用物质的密度高于还是低于废物的密度，高密度级分含有用级分(汰选了有用物质)或副产品(富含来自颗粒物质的废物)。

本发明的方法特别适于汰选颗粒小的颗粒物质，尤其是颗粒直径小于800μm、通常为1～500μm之间的颗粒，根据定义，直径相同的球体其体积与颗粒的体积相同。

在本发明特别适于此类颗粒物质的一个具体实施方案中，将离心进行调整使悬浮液的离心加速度大于3000m/s²，同时对注入进行调整使向心脉冲的加速度基本在上述离心加速度的1～5倍之间。

本发明也涉及实现所述本发明方法的装置，该装置包含离心室、将颗粒物质悬浮液导入离心室的装置、在离心室内悬浮液中产生向心脉冲的装置、将悬浮液高密度级分分离出来的装置以及将悬浮液低密度级分分离出来的装置；本发明在悬浮液内产生向心脉冲的装置包括导管，开口入上述离心室，穿过其外周壁并与流体注入元件相通。

本发明的装置里，离心室外周壁为旋转的壁。其可以为任意合适的外形。例如，其可以为圆柱形壁、圆锥形或锥台形的壁。优选圆柱形。旋转外周壁可以水平、倾斜或垂直放置。优选为基本垂直放置。

向离心室供应悬浮液的装置包含一个导管，其开口入离心室，穿过其外周壁，此导管也与悬浮液连续注入元件联通。悬浮液导入管位于与外周壁相切或倾斜的位置。优选与此壁基本相切。

注入流体以使其产生脉冲的导管其开口与离心室外周壁倾斜或相切向外。其包括一个切角分量，其方向优选与导入悬浮液导管的切角分量相同。流体注入元件尽可能地设计为流体可以按基本恒定的流速及/或速度连续注入。

分离高密度级分的装置尽可能地包括一个穿过离心室外周壁、朝向有一个切角分量与悬浮液导入管切角分量相同的导管。

分离低密度级分的装置尽可能地包括一个穿过离心室外周壁、位于分离高密度级分导管下游、朝向有一个切角分量与悬浮液导入管切角分量相同的导管。

在本发明装置的一个具体实施方案中，离心室包括至少一个额外的装置用于分离悬浮液的级分，所述额外分离装置包括穿过离心室外周壁位于分离高密度级分导管和分离低密度级分导管之间的导管。额外的分离导管尽可能与分离高密度级分及低密度级分的导管类似。作为一项变体，额外的分离导管可以与供应所述离心室的装置相连以便使分离出的级分循环进入其中。

在本发明装置的一个有利实施方案中，用于注入流体以产生脉冲的导管包含一个狭缝，其由离心室外周壁形成，长度基本贯穿所述外周壁。短语“长度基本贯穿离心室的外周壁”指长度大于离心室总长度的一半，通常至少等于离心室总长度的75％(优选80％)。根据定义，离心室的总长度为离心室从悬浮液供应装置到低密度级分分离装置之间的长度。

本发明装置通常包括一个把在悬浮液中产生向心脉冲的流体排空的装置。此排空装置通常包括一个开口通向离心室外周壁外面、位于低密度级分分离装置下游的导管。作为一项变体，其可包括一个沿轴向穿过离心室下游末端的导管。

本发明的方法及装置有各种各样的应用。特别是其可用于汰选天然为粒状或粉状的土壤或矿石，如冲积产物。本发明的方法及装置特别适于超细矿石的丰度加工，尤其是从粉末回收精细残留物以及从冲积矿床及残积矿床或磨碎后加工矿物。本发明的方法及装置最特别的应用在于汰选密度与环境不同的金矿、钻石矿及其他任何有价值的矿物(锡石、黑钨矿、钽矿石、电气石、石榴石、电气石、尖晶石、锆石、蔷薇辉石、红宝石、蓝宝石等)。

本发明的方法及装置也可用于处理受污染的土壤，如处理受重金属污染、疏浚水道产生的淤泥，净化受有机极/或无机固体物质污染的工业区。

附图说明

本发明的具体特性可经下列具体实施方案所示附图的描述而变得显而易见：

图1是依据本发明的装置的第一具体实施例的透视图；

图2是沿图1的II-II平的横剖面，是图1所示装置的具体示意图；

图3、4、5和6是与图2所示类似，是图2四种变体的具体示意图；

图7与图2所示类似，是图2的又一变体的具体示意图；

图8是依据本发明的装置的另一实施例的透视图；

图9是图8所示装置的轴向截面图；

图10是依据本发明的装置的又一实施例的轴向截面图；

图11是图10所示装置一个修改实施例的轴向截面图。

这些附图中，相同的附图标记通常指示相同的元件。附图未按比例作图。

具体实施方式

图1所示装置包括离心室11，由竖向圆柱形侧壁2限定。

两个导管3向离心室11的底部内开口，与圆柱形壁2相切，位于同一直径的两端。导管3用于将颗粒物质悬浮液导入离心室11以使其在里面沿X箭头(图2)方向旋转。

离心室11与狭窄的垂直导管4相通，导管4穿过外壁2，基本跨过壁的整个高度，其朝向基本与所述壁相切。导管4的朝向设计成将流体按箭头X方向引入离心室11。导管4的功能在下文说明。

离心室11也与导管5的上端和导管6的中间区相通。这两个导管用于将离心室11内处理后的级分分离出来。

导管3、4、5和6的朝向均与其壁2相切，并开口进入离心室11内。

图1的装置用于实现依据本发明的方法。为此将超细颗粒态的颗粒物质分散入水中从而形成悬浮液。将悬浮液以控制好的速度匀速地引入导管3中，以使该悬浮液在离心室11中旋转。另外，将增压水通过导管4注入离心室11的悬浮液中。水的注入是连续的，而且流速基本保持恒定，从而在悬浮液中产生相对于导管4的脉冲。在这些脉冲的作用下，颗粒物质的颗粒在经过离心室11内导管4的对面位置时受到隔离的切向向心加速。这些隔离的向心加速与连续而基本恒定的离心加速重叠。向心加速的强度通过选择导管4内所注射水的流速、压力及注入速度来确定。图2显示了持续离心加速和隔离向心加速联合作用的示意图。该图中线7示意了离心室11内经受离心作用的悬浮液环形流动，图8则示意了经导管4进入离心室11的水流。在连续离心加速和隔离向心加速的联合作用下，固体物质颗粒按照其各自的密度在离心室11内发生径向分层：密度最大的颗粒(9)向离心室(11)的外周迁移，而密度小的颗粒(10)向离心室的中心迁移。密度大的颗粒随液体经导管6从悬浮液分离出来，而密度小的颗粒经导管5从悬浮液分离出来。在这种情况下，当有用物质的密度大于废物的密度时，经导管6从离心室11分离出来的级分富含有用物质，而经导管5分离出来的级分大部分为废物。

在图1和图2的装置里，导管4的朝向应使进入离心室11的水流有一个径向分量。

图3、4、5和6显示了导管4提供此技术功能的各种不同配置。

在图3的配置中，导管4进入离心室11，与其外周壁2相切。离心室使导管4的下游扩大。

在图4和图5的配置中，导管4倾斜进入圆柱形离心室11，所述离心室的直径是均匀的。

在图6的配置中，导管4倾斜进入圆柱形离心室11，所述离心室使导管4的下游变窄。

在图7所示意的装置中，数个导管6、6’、6”经其外周壁2开口入离心室11。导管6、6’、6”按一定角度进行偏移。这些导管用于分离由其所含固体物质密度性质不同而区分的悬浮液级分。按照离心室11内悬浮液指定的旋转方向X，从导管6(靠近导入水的导管4)到导管6”(离导管4最远)分离出来的级分其密度逐步下降。本发明的这一实施例使得有可能将颗粒物质分成数种具有不同有用物质浓度的数种级分。这些级分可分别进行回收。作为一种变体，密度最低的级分6”(或级分6’和6”均)可回收循环进入导管3。

在图8及图9所示装置中，圆柱形离心室11包含一个有缝隙的壁(图9)的圆柱体12，其纵轴与离心室11的纵轴重合。圆柱体12装载在轴承13上，从而使其可以在离心室11自由旋转，从而减少旋转悬浮液内的压头损失。作为一种变休，圆柱体12可以由电动马达驱动(未示出)。圆柱体12延伸到喉部14，其经过离心室11相应喉部19后向外开口。

图8及图9所示装置运转时，悬浮液15经导管3进入离心室11，进入离心室11后受到离心作用。悬浮液沿离心室11的壁2分成层21。经导管4(图8)向悬浮液层连续注入水16(图9)。流经悬浮液层的水经过圆柱12的有孔壁，然后经喉部14排出。悬浮液的低密度级分17经位于装置下游的环状缝隙5回收，高密度级分经缝隙6回收，而中间密度的级分经位于缝隙6和缝隙5之间的缝隙6’、6”和6”’分离出来。

图10所示装置与图8及图9所示装置的不同之处在于离心室11内壁2上有两个环形阀18和22。阀18和22位于导入悬浮液15的导管3(不可见)和用于排空低密度级分17的导管5(不可见)之间。它们一起形成一个环形腔23，导管4(未示出，用于注入水16来产生脉冲)和导管6(未示出，用于将高密度级分20排出)开口入此环形腔。

图10所示装置运转时，悬浮液的高密度级分12从环形腔23分离出来，而低密度级分17则流过阀18。在其他条件相同的情况下，图10所示装置可以在悬浮液中低密度颗粒和高密度颗粒之间形成更精确的临界点。

图11所示装置中，离心室11在阀22的上游包括一个水力旋流器24。用于导入悬浮液15的导管3开口入水力旋流器24。装置运转时，悬浮液经过水力旋流器24然后迁入环形腔23内。旋流器24用于分离太细以至于不能从颗粒物质分离的颗粒，这些颗粒经轴向柱25排出。

Claims

1.一种汰选包含至少两种质量密度不同的颗粒物质的方法，其中，所述颗粒物质的悬浮液在离心室(11)中经受离心和向心脉冲，并将所述悬浮液的高密度级分(20)和低密度级分(17)从所述离心室分离出来，其特征在于，为产生所述向心脉冲将流体(16)以与所述离心形成分量切角的方向注入所述悬浮液中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体(16)基本连续地注入所述悬浮液中。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述悬浮液(15)以与所述离心室外周壁(2)相切的方向导入所述离心室(11)，所述高密度级分以与所述外周壁相切的方向分离出来。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，实施另外一种悬浮液额外级分的至少一次分离，此额外的分离在所述高密度级分(20)下游、所述低密度级分(17)上游实施。

5.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述流体(16)通过上述外周壁(2)注入，基本覆盖所述离心室(11)的整个长度。

6.如权利要求2至5所述的任一种方法，其特征在于，所述流体(16)注入所述悬浮液的上述方向有径向分量。

7.如权利要求1至6所述的任一种方法，其特征在于，所述流体(16)为所述悬浮液(15)的液体。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述流体(16)包括水。

9.如权利要求2至8所述的任一种方法，其特征在于，将离心进行调整使所述悬浮液的离心加速度大于3000m/s²，同时对所述流体(16)连续注入的流速进行调整使所述向心脉冲的加速度基本在上述离心加速度的1～5倍之间。

10.如权利要求1至9所述的任一种方法，其特征在于，所述颗粒物质呈颗粒形，其直径基本在1～500μm之间。

11.如权利要求1至10所述的任一种方法，其特征在于，所述颗粒物质包含一种矿石。

12.一种汰选含有至少两种密度不同成分的颗粒物质的装置，该装置包含离心室、将所述颗粒物质的悬浮液导入所述离心室的装置、在所述离心室内的所述悬浮液中产生向心脉冲的装置、将所述悬浮液的高密度级分分离出来的装置以及将所述悬浮液低密度级分分离出来的装置；其特征在于，悬浮液内产生向心脉冲的所述装置包括导管(4)，其开口入所述离心室(11)，穿过其外周壁(2)并与流体注入元件相通。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述流体注入元件被设计成按基本恒定的流速和/或速度连续注入所述流体。

14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，上述导管(4)以与所述外周壁(2)相切或倾斜的位置开口入所述离心室(11)。

15.如权利要求12至14所述的任一种装置，其特征在于，引导所述悬浮液的所述装置包含导管(3)，其开口入上述离心室(11)，与所述外周壁(2)相切，也与用于所述悬浮液连续注入的元件相通。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，与流体注入元件相通的所述导管(4)在引导所述悬浮液的导管(3)的下游，基本上在所述离心室(11)的所述外周壁(2)的整个长度上延伸。

17.如权利要求12至16所述的任一种装置，其特征在于，所述离心室(11)的所述外周壁(2)为圆柱形。

18.如权利要求12至17所述的任一种装置，其特征在于，所述离心室(11)的所述外周壁(2)在导入所述悬浮液(15)的所述导管(3)和用于分离所述低密度级分(17)的导管(5)之间有两个环形阀(18和22)，这两个阀一起形成环形腔(23)，用于引导所述流体的所述导管(4)和用于分离高密度级分(20)的所述导管(6)分别开口入此环形腔。

19.如权利要求12至18所述的任一种装置，其特征在于，所述离心室(11)包括水力旋流器，引导所述悬浮液(15)的所述导管(3)开口入其中。